Nghiên cứu cải tiến và áp dụng giải thuật mô phỏng luyện kim cho bài toán xếp phòng sinh viên tại ký túc xá

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THÀNH TRUNG NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN VÀ ÁP DỤNG GIẢI THUẬT MÔ PHỎNG LUYỆN KIM CHO BÀI TỐN XẾP PHỊNG SINH VIÊN TẠI KÝ TÚC XÁ Chuyên ngành: Khoa Học Máy Tính LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Dương Tuấn Anh (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: TS Lê Ngọc Minh (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Xuân Dũng (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Thành Trung Giới tính: Nam / Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 12/03/1983 Nơi sinh: Hải Dương Chuyên ngành: Khoa Học Máy Tình MSHV: 00706151 1-TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu cải tiến áp dụng giải thuật mô luyện kim cải tiến cho tốn xếp phịng sinh viên ký túc xá 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: ………………………………………………………………………………….… ………………………………………………………………………………….… ………………………………………………………………………………… 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: …………………………………………………… 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ……………… 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Dương Tuấn Anh … CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thơng qua Ngày tháng năm TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, trừ tham khảo từ tài liệu nêu rõ luận văn, tất nội dung luận văn thực chưa nộp trường hay tổ chức khác để lấy cấp Ngày tháng năm 2009 Nguyễn Thành Trung -i- LỜI CÁM ƠN Em xin cám ơn thầy Dương Tuấn Anh, người tận tình hướng dẫn em thực luận văn tốt nghiệp Những hướng dẫn gợi ý quý báu thầy nhân tố quan trọng giúp luận văn hồn thành Chúng em xin cám ơn tận tình thầy hỗ trợ em, quỹ thời gian thầy bận rộn Nếu q trình làm việc chung, em có điều sơ sót, mong thầy bỏ qua mong thầy trị có nhiều hội làm việc chung với thời gian tới Con xin cảm ơn cha mẹ, người đứng sau lưng chúng suốt trình học tập Nếu khơng có cha mẹ, khơng có thành ngày hôm Tuy nhiên, kết ban đầu, xin cố gắng nhiều tương lai để đáp lại lịng cha mẹ thầy Em xin cảm ơn thầy cô thuộc khoa Công nghệ thông tin, thầy cô thuộc trường Đại học Bách Khoa TP.HCM thầy cô dạy dỗ em suốt trình học tập Các thầy cô bước nâng đỡ em kiến thức rèn luyện nhân cách người Em xin ghi nhớ công ơn thầy cô Xin cảm ơn bạn cao học K2006 giúp đỡ em trình học tập Thời gian bên làm việc vui chơi thật kỷ niệm đẹp quên trình ngồi ghế nhà trường Rất mong lại gặp làm việc tương lai - ii - TÓM TẮT Hiện nay, ký túc xá Trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM, ký túc xá trường đại học khác thành phố xếp phòng cho sinh viên ký túc xá đầu học kỳ, việc xếp thường giao cho nhân viên quản lý ký túc xá thực tay chưa tự động hoá Hậu tốn nhiều thời gian khơng hiệu quả, hầu hết ký túc xá không quan tâm đến sở thích sinh viên như: sở thích nghe nhạc, sở thích thể thao, sở thích chọn bạn phịng… Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu tự động hóa việc xếp phịng cho sinh viên ký túc xá Rất nhiều phương pháp ứng dụng cho đề tài giải thuật leo đồi (hill- climbing), giải thuật mô luyện kim (simulated annealing), giải thuật tìm kiếm Tabu, giải thuật di truyền, v.v… Trong giải thuật mơ luyện kim phương pháp thích hợp cho tốn tìm lời giải tối ưu cho hệ ràng buộc Tuy nhiên chất lượng lời giải giải thuật mô luyện kim túy chưa tốt Đề tài nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật mô luyện kim cải tiến để cung cấp chương trình xếp phòng cho sinh viên ký túc xá với tài nguyên số lượng phòng, số lượng giường có giới hạn với lượng lớn sinh viên tương ứng; việc xếp phải quan tâm đến nguyện vọng sở thích sinh viên Ngoài ra, để đạt hiệu thực tế, chương trình phải chạy thời gian chấp nhận Từ thực nghiệm phương pháp mô luyện kim cải tiến ứng dụng đề tài này, lựa chọn giải thuật phù hợp cho toán xếp phòng sinh viên ký túc xá Với yêu cầu áp dụng mẫu liệu tạo mô theo yêu cầu ký túc xá Đại Học Bách Khoa Tp HCM (khoảng 3000 sinh viên), chương trình cho kết thực nghiệm hiệu - iii - MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Động mục tiêu 1.2 Giới thiệu nghiệp vụ tốn xếp phịng sinh viên ký túc xá 1.3 Cấu trúc báo cáo 1.4 Quy ước thuật ngữ ký hiệu CHƯƠNG CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA GIẢI THUẬT MÔ PHỎNG LUYỆN KIM 2.1 Các cơng trình liên quan 2.2 Giải thuật mô luyện kim (Simulated Annealing) CHƯƠNG CÁC KỸ THUẬT MÔ PHỎNG LUYỆN KIM CẢI TIẾN 14 3.1 Các vấn đề giải thuật mô luyện kim túy 14 3.2 Các giải thuật cải tiến lịch biểu làm nguội 16 3.3 Giải thuật mô luyện kim với nhiệt độ ước lượng (Simulated Annealing With Estimated Teperature) 17 3.4 Giải thuật mô luyện kim với cấu trúc lân cận tự thích ứng (Simulated Annealing with Advanced Adaptive Neighborhood) 20 3.5 Giải thuật mô luyện kim hai giai đoạn (A two-stage Simumated Annealing Methodology) 22 3.6 Giải thuật mơ luyện kim cục hóa (Localized Simulated Annealing (LSA)) 24 3.7 Giải thuật mô luyện kim thu thập thông tin (Informed Simulated Annealing (ISA)) 32 3.8 Kỹ thuật mô luyện kim tái nung nóng (Reheat SA) 45 3.9 Tổng kết kỹ thuật mô luyện kim cải tiến 45 CHƯƠNG THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH 50 4.1 Giới thiệu ràng buộc hệ thống 50 4.2 Hàm chi phí 54 4.3 Lịch biểu làm nguội sử dụng giải thuật chương trình 55 4.4 Lời giải lân cận 56 4.5 Thiết kế hệ thống 56 4.6 Thiết kế liệu cho chương trình 58 4.7 Thiết kế giao diện người dùng 62 CHƯƠNG HIỆN THỰC CHƯƠNG TRÌNH 65 5.1 Hiện thực giải thuật mô luyện kim chương trình 65 5.2 Hiện thực giao diện người dùng 77 5.3 Kết thực nghiệm 80 CHƯƠNG TỔNG KẾT VÀ ĐÁNH GIÁ 86 - iv - 6.1 Tổng kết 86 6.2 Đánh giá 87 6.3 Hướng phát triển luận văn 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 BẢNG THUẬT NGỮ ANH VIỆT ĐỐI CHIẾU 92 -v- DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG Danh mục hình Hình 2-1: Lưu đồ giải thuật mô luyện kim 13 Hình 3-1: Ví dụ vấn đề tổng quát 15 Hình 3-2 : Giải thuật LSA 31 Hình 3-3 : Ví dụ sửa chữa 35 Hình 3-4 : Giải thuật ISA 46 Hình 3-5 : Giải thuật mô luyện kim tái nung nóng 49 Hình 4-1: Mơ tả tổng quan hệ thống 57 Hình 4-2: Sơ đồ ERD cho sở liệu chương trình 58 Hình 4-3: Giao diện tổng quát chương trình 62 Hình 5-1: Kỹ thuật chọn lời giải lân cận 67 Hình 5-2: Tính chi phí cho giải thuật SA 68 Hình 5-3: Lịch biểu làm nguội cấp số nhân 70 Hình 5-4: Giải thuật mô luyện kim thông thường (Standard SA) 72 Hình 5-5: Giải thuật ISA – phần SA học hỏi 73 Hình 5-6: Giải thuật ISA – phần SA chạy 74 Hình 5-7: Giải thuật mơ luyện kim tái nung nóng 75 Hình 5-8: Giải thuật mơ luyện kim nhanh (VFSA) 76 Hình 5-9: Form đăng nhập cho người dùng 77 Hình 5-10: Form đăng ký vào ký túc xá cho sinh viên 78 Hình 5-11: Form cho phép chỉnh sửa lại chi phí phịng – sinh viên 78 Hình 5-12: Form cho phép thay đổi thông số giải thuật ISA 79 Hình 5-13: Kết xếp phòng cho sinh viên 80 Hình 5-14: Biểu đồ chạy giải thuật ISA với số bước chạy 5000 82 Hình 5-15: Biểu đồ chạy giải thuật Reheat SA với số bước chạy 5000 82 Hình 5-16: Biểu đồ chạy giải thuật VFSA với số bước chạy 5000 83 Hình 5-17: Biểu đồ chạy giải thuật Genearal SA với số bước chạy 5000 83 Hình 5-18: Biểu đồ so sánh thay đổi chi phí theo số lần lặp giải thuật 84 Danh mục bảng Bảng 4-1: Mô tả đặc tả liệu bảng sinh viên 59 Bảng 4-2: Mô tả liệu cho bảng phòng 59 Bảng 4-3 : Mô tả liệu cho bảng giường 59 Bảng 4-4 : Mô tả liệu cho bảng xếp phòng 60 Bảng 4-5 : Mô tả liệu bảng tiêu chí chọn bạn 60 - vi - Bảng 4-6 : Mô tả liệu bảng tiêu chí chọn phịng 60 Bảng 4-7 : Mơ tả liệu bảng sở thích 61 Bảng 4-8 : Mô tả liệu bảng sinh viên đăng ký lại 61 Bảng 4-9: Mô tả bảng chi phí cố định 61 Bảng 4-10: Mơ tả bảng chi phí sở thích 61 Bảng 5-1: Bảng số liệu chạy giải thuật với số bước chạy cho trước 81 Bảng 5-2: Bảng đánh giá giải thuật thực chương trình 84 Bảng P-1: Bảng thuật ngữ Việt-Anh đối chiếu 92 - vii - ... này: nghiên cứu cải tiến ứng dụng giải thuật mô luyện kim vào tốn xếp phịng sinh vien ký túc xá Lý mà chọn tốn xếp phịng sinh viên ký túc xá se trình bày bên 1.1.2 Nhu cầu tốn xếp phịng sinh viên. .. Vào đầu học kỳ, ký túc xá cho phép sinh viên nhập học đăng ký vào ký túc xá đồng thời cho phép sinh viên ký túc xá có quyền đăng ký thay đổi phịng 1.2.2 Các sách quản lý việc đăng ký vào ký túc. .. Luận văn nghiên cứu ứng -8- CHƯƠNG II: CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN VÀ CƠ SỔ LÝ THUYẾT CỦA GIẢI THUẬT MÔ PHỎNG LUYỆN KIM dụng giải thuật giải thuật mơ luyện kim cho tốn xếp phịng ký túc xá Đại học